(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を浄化処理して処理水を得るろ過膜と、前記処理水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用いてろ過膜の逆洗を行う逆洗ラインと、この逆洗ラインに薬品を添加して逆洗を行う薬品注入ラインと、前記逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する制御装置とを備えた薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄装置において、
前記逆洗ラインは、その一部に前記逆洗水のバイパスラインを備え、かつ前記逆洗ライン又はバイパスラインの少なくとも一方に開閉弁を備え、
薬品を添加しない通常の逆洗の際には、前記逆洗ラインとバイパスラインとに並列に逆洗水を通流し、薬品を添加する薬品添加逆洗の際には、前記開閉弁を閉とし、前記開閉弁を備えていないライン（逆洗ライン又はバイパスライン）のみに通流するようにしたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。
【請求項２】
請求項１に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記逆洗ライン及びバイパスラインは、それぞれ絞り部材を備えたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。
【請求項３】
請求項２に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記絞り部材はオリフィスとしたことを特徴とするろ過膜の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水道、下水道、工業用水または廃水処理水など、原水中に含まれる汚濁物質をろ過膜により分離除去して浄化処理する、膜ろ過による水処理装置に関わり、特に、薬品添加逆洗方式であって、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する制御装置を備えたろ過膜の洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理水中の汚濁物質を除去する方法として、膜ろ過を利用した水処理方法がよく知られている。この膜ろ過を用いた水処理においては、運転の継続に伴い、ろ過膜の表面に汚濁物質の付着層が生じ、目詰まり、固形物による流路閉塞などのファウリングが起こり、ろ過性能が低下する問題がある。
【０００３】
そのため運転サイクルにおいて、所定時間のろ過工程後に、物理洗浄または薬品洗浄を実施し、ファウリングを低減するようにしている。物理洗浄には、膜ろ過後の処理水を逆流させる逆流洗浄（逆洗）、膜の一次側での水流によるフラッシング、空気により膜を振動させるエアースクラビングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。一方、薬品洗浄は、物理洗浄では除去しきれない物質を薬品によって分解または溶解させて除去する方法で、例えば次亜塩素酸ナトリウム、硫酸、塩酸などの薬品を添加した逆洗を用いた水処理方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、本発明の対象とする従来の薬品添加逆洗（CEB:Chemical Enhanced Back Wash）方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図を示し、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗を行なう洗浄方法の一例を示す。
【０００５】
図４において、１は原水、２は原水タンク、３は主ポンプ、４は原水供給弁、５は膜入口圧力計、６は水温計、７は膜モジュール（又は膜ろ過ユニット）、８は膜出口圧力計、９は流量センサー、１０はろ過水出口弁、１１はろ過水タンク入口弁、１２はろ過水タンク、１３は処理水、１４は逆洗ポンプ、１５は逆洗水供給弁、１６は排水弁、１７は次亜塩素酸ナトリウムタンク、１８は次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ、１９は次亜塩素酸ナトリウム添加バルブである。なお、図４においては、次亜塩素酸ナトリウム添加量制御装置の図示を省略している。
【０００６】
次に、図４に示すろ過膜の水処理方法および洗浄方法等について説明する。原水タンク２に流入した原水１は、主ポンプ３により原水供給弁４を介して、膜モジュール７へ供給され、ろ過される（ろ過工程）。ここで、ろ過流量は、流量センサー９の値が一定となるように主ポンプ３をインバータ制御することにより行われる。ろ過された水は流量センサー９、ろ過水出口弁１０、ろ過水タンク入口弁１１を介して、ろ過水タンク１２へ流入される。ろ過水タンク１２で容量を越えたろ過水が処理水１３として次工程へと通水される。所定時間のろ過が行われたところで、逆洗が実施される（逆洗工程）。逆洗工程は、ろ過水タンク１２の水（もしくはろ過水タンクとは別に設けた図示しない逆洗水槽の水）を、逆洗ポンプ１４により逆洗水供給弁１５を介して、膜モジュール７の二次側から一次側へ流すことによりなされ、逆洗後の水は、排水弁１６を介して排水される。
【０００７】
ろ過工程および逆洗工程の所定回数が終了した後に、薬品を添加して逆洗を実施する（薬品添加逆洗工程）。図４の場合、次亜塩素酸ナトリウム添加逆洗として、前記ろ過水による逆洗に続けて、次亜塩素酸ナトリウムタンク１７に貯留された次亜塩素酸ナトリウムを、次亜塩素酸ナトリウム添加ポンプ１８を用いて次亜塩素酸ナトリウム添加バルブ１９を介して逆洗水に添加し、所定濃度の残留塩素濃度とした水を膜モジュールに注入する。膜モジュール７内が所定濃度の残留塩素水で満たされたところで一旦逆洗ポンプ１４を停止し、各バルブを閉じて、所定時間膜モジュール７を残留塩素水に浸漬する（薬液浸漬工程）。所定時間浸漬後に再度逆洗ポンプを起動してろ過水にて逆洗を実施することにより膜モジュール内の塩素水を洗い流すリンスが実施される（リンス工程）。
【０００８】
上記のように、逆洗工程、薬品添加逆洗工程、薬液浸漬工程およびリンス工程を含むろ過膜の洗浄方式を、薬品添加逆洗方式と称する。なお、膜面へのファウリング物質の洗浄薬品としては、上記の次亜塩素酸ナトリウム以外に、硫酸、塩酸、その他の薬品が使われる場合もある。さらに、前記特許文献１に開示されたように複数の薬品が使われる場合もある。
【０００９】
次に、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する従来の制御方法及び装置について図３に基づいて述べる。図３は、ろ過水タンクとは別に設けた逆洗水槽２２の水を、逆洗ポンプ２２を有する逆洗ライン３０を介して膜ろ過ユニット２１に通流し、逆洗ライン３０の途中に、薬液注入ライン２４を設けた例を示す。図３において、２５は流量計（伝送器）、２６は流量制御器（ＰＩＤ調節計）、２７はインバータ、２８は制御コントローラ（ＰＬＣ）、２９はプログラマブル操作表示器（ＰＯＤ）である。
【００１０】
図３により、以下に述べるような流量制御を行うとともに流量監視を行う。流量計２５の出力は、流量制御器（ＰＩＤ調節計）２６→インバータ２７→逆洗ポンプ２３用モータのフィードバックループでポンプモータの制御を行う。また、流量計２５の伝送出力を分岐して制御コントローラ２８に直接入力し、指令流量に対して異常な偏差が生じていないか監視を行なう。さらに、制御コントローラ（通常ＰＬＣ：プログラマブルコントローラ） ２８から流量制御器２６へ流量指令値や設定パラメータを伝送し、流量制御器２６はこの指令値に従って制御を行う。
【００１１】
また、流量制御器２６から制御コントローラ２８へ現状運転値、異常情報を伝送する。流量制御器２６で、設定流量に対する上下偏差を監視させ、偏差を超えた場合には制御コントローラ２８に警報を伝え、制御コントローラ２８は偏差異常通知を行う。さらに、各設定流量において想定される周波数範囲を設定し、その周波数範囲より外れる場合には、制御コントローラ２８は警報を伝える機能（周波数監視機能）を備える。
【特許文献１】特開２００４−４１９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記図３のように、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する場合、下記のような問題がある。
【００１３】
逆洗ポンプ用モータの回転数は、周波数が例えば３０（または３５）〜６０Ｈｚの規定範囲での使用を前提として、インバータ制御が行われる。即ち、３０Ｈｚ未満では、インバータによる周波数制御は好ましくない。なぜならば、上記規定範囲外で使用すると、ポンプの安定した特性が得られなくなり、共振等トラブル発生のリスクが高まる。一方、薬品添加逆洗（CEB）工程においては、薬品による効率的かつ安全性を重視した洗浄の観点から、通常の逆洗工程に比較して逆洗流量が低く、例えば、約１／２程度が望ましい。そこで、通常の逆洗工程から薬品添加逆洗工程に移行する場合、上記インバータによる周波数制御が規定範囲外となる場合がある。この問題の詳細は、説明の便宜上、後述する本発明の逆洗流量の制御方法を説明する際に、図２に基づいて従来例と比較して述べる。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する制御装置を備えたろ過膜の洗浄装置において、インバータによる周波数制御が規定範囲外となるのを防止し安定した制御が可能な薬品添加逆洗方式によるろ過膜の洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の課題を解決するため、この発明は、原水を浄化処理して処理水を得るろ過膜と、前記処理水の一部を前記ろ過膜の逆洗水として用いてろ過膜の逆洗を行う逆洗ラインと、この逆洗ラインに薬品を添加して逆洗を行う薬品注入ラインと、前記逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する制御装置とを備えた薬品添加逆洗方式のろ過膜の洗浄装置において、前記逆洗ラインは、その一部に前記逆洗水のバイパスラインを備え、かつ前記逆洗ライン又はバイパスラインの少なくとも一方に開閉弁を備え、薬品を添加しない通常の逆洗の際には、前記逆洗ラインとバイパスラインとに並列に逆洗水を通流し、薬品を添加する薬品添加逆洗の際には、前記開閉弁を閉とし、前記開閉弁を備えていないライン（逆洗ライン又はバイパスライン）のみに通流するようにしたことを特徴とする（請求項１）。
【００１６】
また、上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし３の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記逆洗ライン及びバイパスラインは、それぞれ絞り部材を備えたものとする（請求項２）。さらに、前記請求項２に記載のろ過膜の洗浄装置において、前記絞り部材はオリフィスとする（請求項３）。
【００１７】
なお、前記絞り部材は、流量が増大した際に、流速の自乗に比例して流体抵抗を増大させ、流量を絞って流量が過大になるのを抑制する目的で設けるものであるが、前記逆洗ライン及びバイパスラインの配管自体が流体抵抗が大きく、実質的に絞り部材を設けた場合と同等の機能を有する場合には、オリフィスなどの絞り部材を特別に設ける必要はない。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する制御装置を備えた薬品添加逆洗方式によるろ過膜の洗浄装置において、簡単な構成により、インバータによる周波数制御が規定範囲外となるのを防止し安定した制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施例について、図１および図２に基づき、以下に述べる。なお、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明のろ過膜の洗浄装置の実施例に係る要部系統図である。図１においては、図３に示した部材の一部を省略し、図３に示した部材と機能が同一の部材には同一番号を付して示す。図１と図３との相違点は、図１における逆洗ライン３０は、その一部に逆洗水のバイパスライン３１を備え、かつ逆洗ライン３０に開閉弁３２を設けた点である。さらに、図１においては、より好ましい実施態様として、前記逆洗ライン３０及びバイパスライン３１に、それぞれ絞り部材としてのオリフィス３３及び３４を設けてある。なお、開閉弁３２は、逆洗ライン３０側に代えてバイパスライン３１側に設けてもよい。
【００２１】
上記本発明の構成に基づく逆洗流量の制御方法について、インバータによる周波数制御の問題を有する従来の方法と比較して、図２に基づいて以下に説明する。
【００２２】
図２は、横軸を流量（Ｑ）、縦軸を圧力（Ｐ）とした場合の逆洗ポンプ２３のＰＱ特性曲線をモータ周波数（Hz）毎に示し、かつ３種の管路抵抗曲線（Ｊ，Ｏ１，Ｏ２）とその作動点（Ａ１，Ａ２，Ｂ，Ｃ）等を示した模式的説明図である。なお、図２において、流量や圧力ならびに周波数等の大きさの比例関係は、説明の便宜上、かならずしも厳密ではない。また図２において、右下に破線で示すＸ線より右側は、キャビテーションが発生する可能性のある領域であって、使用範囲外となる領域を示す。
【００２３】
図２に基づき、まず従来の装置における逆洗流量の制御方法とその問題点について述べる。前述のように、逆洗ポンプ用モータの回転数は、周波数が３０〜６０Ｈｚの範囲（図２の網掛けした領域）での使用を前提として、インバータ制御が行われる。運転の継続に伴うろ過膜の目詰まり等による流体抵抗の増大を考慮し、運転初期においては、通常、例えば４０Ｈｚで運転し、流体抵抗の増大と共に周波数を増大し、最大６０Ｈｚで運転を行う。また、流量を低減する場合には周波数を低減する。図２において、従来の装置における管路抵抗曲線をＪ（オリフィス無しの管路１本）で示すが、この場合の通常逆洗時の作動点はＡ１、その際の流量はＱ1である。
【００２４】
上記通常逆洗工程後に、薬品添加逆洗（CEB）工程に移行する場合、前述のように通常の逆洗工程に比較して逆洗流量を約１／２程度に低減する必要がある。図２において、CEB時の逆洗流量をＱ2とし、Ｑ2の管路抵抗曲線Ｊとの交点をＢとすると、この作動点Ｂを実現するための運転周波数は２０Ｈｚとなり、３０Ｈｚ未満となって制御失敗に至る。即ち、通常の逆洗工程から薬品添加逆洗工程に移行する場合、上記インバータによる周波数制御が不能となる。
【００２５】
次に、本発明の逆洗流量の制御方法について述べる。本発明の装置（図１）における管路抵抗曲線はＯ２で示し、この場合の管路は、図１における開閉弁３２が開の状態において、部番３３及び３４で示すオリフィス付管路２本の並列管路である。オリフィスがあるものの、並列の２本の配管を備えるので、管路抵抗曲線はＯ２は、説明の便宜上、管路抵抗曲線Ｊと同等の破線と仮定する。この場合の通常逆洗時の作動点はＡ２、その際の流量は、従来装置と同等のＱ1である。
【００２６】
上記通常逆洗工程後に、薬品添加逆洗（CEB）工程に移行する場合、本発明の場合、開閉弁３２を閉とし、流路をバイパスライン３１のオリフィス付管路１本とすると、この場合の管路抵抗曲線はＯ１となる。この場合、通常逆洗時の作動点Ａ２はＣ点に移行し、運転周波数は４０ＨｚのままでCEB時の逆洗流量をＱ2が得られる。従って、上記本発明によれば、インバータによる周波数制御が不能となる従来技術の問題点が解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のろ過膜の洗浄装置の実施例に係る要部系統図。
【図２】本発明のろ過膜の洗浄装置に係る逆洗流量の制御について従来例と比較して説明する模式図。
【図３】逆洗水の流量を逆洗ポンプ用インバータによりＰＩＤ制御する従来の制御方法及び装置の系統図。
【図４】従来の薬品添加逆洗方式による一般的なろ過膜の洗浄方法の一例の概略システム系統図。
【符号の説明】
【００２８】
２１：膜ろ過ユニット、２２：逆洗水槽、２３：逆洗ポンプ、２４：薬液注入ライン、２５：流量計（伝送器）、２６：流量制御器（ＰＩＤ調節計）、２７：インバータ、２８：制御コントローラ（ＰＬＣ）、２９：プログラマブル操作表示器（ＰＯＤ）、３０：逆洗ライン、３１：バイパスライン、３２：開閉弁、３３，３４：オリフィス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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